國家電網公司智能電網IPv6應用探討

王 豐，趙國普，李愛華，楊 耿，袁 睿

（湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430040）

受世界氣候變化、自然環境惡劣、傳統燃料供應不足等一系列問題的影響，全球能源格局不斷發生巨大而深遠的變化[1]。近年來，我國多次明確提出對我國智能電網開展發展教育的理念，并賦予其維護國家能源安全、促進電能清潔有效利用、促進社會經濟可持續發展等重大職責。智能電網已成為全球電網發展的新趨勢。智能電網在傳統供電的基礎上，充分利用現代信息通信技術，對發電、輸配電、用電等實時信息進行采集和分析。電力公司已經具有高度集成的信息框架有效地控制整個供電系統。為實現我國智能電網的發展戰略目標，需要進一步面對一個根本性的挑戰：如何在電網的各個組成部分之間自由、安全地交換信息和數據。為實現這一點，智能互聯網系統應該是一個開放的分布式網絡結構，由若干個互聯網、可尋址和獨立的實體組成。本文中系統分析了國家電網集團智能電網數據通信網絡建設發展的實際情況，指出IPv6技術在智能電網中的應用需求，設計IPv6應用和智能電網技術標準體系，闡述本公司的應用經驗，為下一代網絡信息技術在智能電網中的應用提供參考。

1 IPv6技術

1.1 定義

IPv6數字技術是在IPv4大技術基礎上進一步發展而來的下一代IP協議，也是下一代互聯網協議的典型代表。與IPv4相比，IPv6地址包的內容、管理、安全特性和服務都有顯著提升，這些特性的提升也為智能目標網的建立提供良好的基礎設施，能夠帶來更好的業務能力和特性。IP地址空間從32位到128位的飛躍是IPv6數字現代信息技術的主要發展特征，IP地址空間以幾何量級的增加也使得IP地址分配不再成為社會問題，IPv6技術的表示也將從十進制向十六進制轉變。

隨著IP地址數量的幾何增長，IP地址信息的分類研究方法可能與傳統的IPv4技術不同，因為IPv6地址信息的分類研究將適用于單播或組播，并且有不同類型的地址可以隨意廣播。因此，IPv6包頭結構的開發相對簡單，它消除IPv4技術中很少使用的域。此外，增加可選字段和包頭擴展，由于包頭寬度固定，內存的最大容量沒有應用太多，導致內存不足。因此，上述問題有利于增加網絡數據的最大吞吐量。

IPv6傳輸系統由基本報頭和擴展傳輸組成。擴展傳輸功能是可變的，但它有很大的靈活性，將來可以擴展并添加新的選項，這大大提高IPv6的安全功能。同時，IPv6的網絡層還具有很好的抵御網絡攻擊的功能，尤其是在數據響應中防止服務入侵和竊取威脅。同時，IPv6還可以利用鄰居發現機制自動為主機進行接口位置。

1.2 特點

IPv6技術是現代網絡工程的基礎任務群，是繼IPv4之后的下一代IP協議。基于IPv4技術的IPv6的六大特點主要體現在以下幾個方面：

（1）地址空間最大化。IPv4的IP地址管理需要32位，所以它的公司地址是231-1。然而，隨著IPv6的地址長度從32位到128位的變化和發展，其地址信息的數量已經大大擴展，有2128-1個公司地址。

（2）IPv6路由表的大小變小。IPv6地址的數量也呈幾何級數增長。因為IPv6地址是根據集群原理分配的，所以路由器的路由表可以用記錄表示為子網。這種變化也可以節省路由器路由表的長度，從而有效提高路由器的轉發數據率。

（3）增加自動配置支持技術，主要采用DHCP的衍生技術，基本完成DHCP的改進和發展。這一變化也促進網絡管理的便捷化和智能化。

（4）更高的安全性能。由于IPv6以保密的方式處理網絡層的數據，因此有必要對IP消息進行校對和檢查。這些技術安排將大大提高網絡的安全性能。

2 國家電網公司智能電網IPv6應用分析

2.1 需求

電力系統涉及許多子系統。一般來說，每個子系統都為其內部數據交換制定特殊的規范。其中，研究數據交換規范又稱為通信技術網絡協議，主要是對不同的通信技術協議與不同的設備應用進行數據分析和交換。但這種協議本身并不適合相互通信，本質上極易形成信息的“孤島”，難以跨系統進行信息集成和交換[2]。

隨著智能電網的發展，將會出現大量的智能終端用戶，如：電力變壓器、智能電表等。充分考慮不同用戶智能設備的數量和數據量，信息數據的采集、傳輸和管理將是一個巨大的挑戰，一個高速、雙向、即時、全面的信息通信系統是實現智慧供電的重要基石。

智能電網主要集中在通信技術領域的兩個方面：一是開放的通信框架，為電源組件內部的互聯互通建立“即插即用”的環境，再是統一的技術規范，其能夠確保各種傳感器、智能電子設備和應用系統之間的無縫互通。

2.2 需求

除標準體系建設、快速測試應用和標準制定外，關注該領域標準的發展和應用，對于智能電網市場積極參與競爭至關重要。以下標準的開發和應用涉及IPv6技術的描述。其推廣應用將極大地推動IPv6技術在智能電網中的應用。

IECPC 118智能電網由中國電網于2011年成立并投入使用，該技術標準委員會也是IEC發展史上第一個國際標準機構，其標準范圍涵蓋跨領域ISO、IEC、JTC1和ITU-T標準。

目前，在中國、美國、法國、日本、韓國、印度等國專家的參與下，標準框架和標準范圍的初步研究工作已基本完成。其中，標準制定的重要對象是制定用戶側智能終端接入電網的各種信息通信接口標準，需要協調用戶側現有的大量智能家居和智能建筑通信協議，包括基于IP的通信協議和非IP的通信協議。天地互聯網與中國電信股份有限公司制定的國際標準IEEE 1888泛在綠色節能網絡協議，采用I P v6下一代網絡技術服務節能低耗創新國際標準，IEEE 1888兼容BACnet等工控設備的總線網絡系統，支持太陽能光伏、風電設備的遠程或分布式網絡管理，支持6LoWPAN、Wi-Fi等無線傳輸技術，通過廣域IPv4/IPv6網絡實現數據傳輸，通過國家統一的綠色節能網絡平臺對所有工業用能設備實施統一管理。在實際應用中，IEEE 1888標準可以實現廣域系統部署，將商業建筑、住宅建筑、工廠、數據中心、監控中心、政務信息平臺等有機結合。形成一體化綠色節能體系。目前，國際標準工作正在ISO/IECJTC1中進行。

2011年，思科有限公司發布國際標準RFC6272智能電網與互聯網協議，初步定義網絡技術標準及其在智能電網建設中的應用，并以智能電網先進測量基礎為例介紹網絡設計。ISO/IECJTC1WG7傳感器網絡標準工作組目前正在制定標準ISO/IEC30101智能電網傳感器網絡接口。

系統描述智能電網中數據交換節點之間的網絡接口。目前，YONALWG21正在開發標準的IEC62746接口和通信協議，用于將系統連接到智能電網，主要滿足用戶能源管理系統接入智能電網開展需求響應等應用的需求，描述基于X M PP的信息交換過程和內容，定義系統架構。對于I P v 6部署，關鍵的應用標準包括R FC 494 4 Trans missi on of IPv6 Packets over、IEEE802.15.4 Networks、RFC5121 Trans missi on of IPv6 via the IPv6 ConvergenceSubLayerover IEEE802.16Networks、RFC6180 Guide lines for Using IPv6 Transiti on Mechansms during IPv6 De ploy ment等。

2.3 問題

在實際公司運營的IPv4網絡的發展過程中，人們發現IPv4具有一些先天能力缺陷，問題主要包括：IP地址容量限制、被動地址認證帶來的IP地址偽裝、三角測量帶來的移動性和安全性差、設置復雜、路由表膨脹、缺乏端到端服務模式等。以及大量的IPv6地址，要求電網中的每個用電設備都有一個IP地址。IPv6具有的特點有：數據傳輸效率高，速度快，網絡安全性和穩定性高；通過嚴格規范的網絡管理，可以保證互聯網的暢通；無狀態手動地址分配允許新設備快速連接互聯網，從而實現即插即用功能。IPv6的這些特點很好地適應現代智能電網的通信要求，在該領域具有很大的應用和發展前景。

總的來說，智能電網中需要有針對性解決地問題，主要包括：

（1）傳輸智能電網數據等各種媒體信息，必須安全傳輸到不同的網絡媒體，包括銅線、光纜和無線；快速獲取和分析大量數據，因此智能電網必須能夠分析大量數據，并通過數據分析對供電管理給出意見，這幾乎是實時的。

（2）隨著信息產業的變革和發展，科技的進步，新一代硬件設備和技術應用，加速了智能電網的發展。新技術在網絡內，能夠連接大量設備，智能電網架構中全新的智能電子設備相互關聯，能夠實時傳輸，傳輸數據從百萬到上億不等，連接新智能電網設備的數量持續遞增[3]。

（3）保持安全可靠，保證網絡高速可用，增加數據網絡的安全性，降低數據網絡對電網安全的危害。

（4）連接各種類型的系統，因此智能電網公司需要能夠與各種硬件實現聯網和信息數據交換，包括智能技術傳感器、家用電能計量儀表和家用電器中的變壓器等。

（5）確保安全。因為智能電網發展帶來的新技術和新服務也將成為暴力恐怖事件和網絡攻擊的重點目標。從傳統能源網絡發展智能電網，需要制定基本的安全策略和制度，以確保這一重要設施的安全。

3 結束語

綜上所述，IPv6在國家電網內具有顯著的應用價值，下一步需要開展大規模的部署，促進IPv6商用，并與國際主流業務相通。■